[发明专利]可用于移动车辆和旋转飞轮的静电悬浮装置

说明书

技术领域 利用两块带异性电荷的平行板之间有吸引力，我们先固定其中一板，通过改变电荷量，使相互吸引力正好抵消另一板(含附着物)的重力，达到另一板无依托地悬浮于其下方，称为吸顶式静电悬浮。反之，利用两块带同性电荷的平行板之间有排斥力，我们把其中一板经绝缘固定在地面，依靠相互排斥力正好抵消重力的办法，使另一板(含附着物)无依托地悬浮于上方，称为托底式静电悬浮。与磁悬浮一样，静电悬浮也可以应用于交通运输和悬浮飞轮。本发明属于机械、电力、交通运输技术领域。 

技术背景 上述吸顶式静电悬浮、托底式静电悬浮原理极为简单，但建立在静电平衡条件下，也就是说平行板内电荷相对静止，而实际应用时上下电极要作移动的，电极内电荷因此而发生迅速移动，这里是动平衡，动平衡电场力与静电平衡电场力面目全非。另外静电场力比较弱，若不作相应处理，很难实现悬浮列车的要求。 

一些小型静电悬浮飞轮获得成功是因为其动态电场趋近静电平衡时的状态。 

本发明是杨金玉发明“兆瓦级低速飞轮储能装置”(200910219473.X)的延续。属于悬浮超大型飞轮，之所以能在现有条件下实现巨大储能，靠的是扩大飞轮半径降低转速。其动态电场也趋近静电平衡时的状态。但只有吸顶式静电悬浮而没有托底式静电悬浮。托底式难度要大于吸顶式，因为同性电荷不好获得。 

发明内容 静电悬浮原理极为简单，初看起来很好实现，但至今还没有静电悬浮列车。原因是原理上讲的是静电平衡条件下带电平行板之间电场力，而实际车辆是移动的，电极内电荷也不会呆着不动，当一块带电板接近另一块带电板时，都要受对方电场力的影响而使内部电荷发生重新分布，这里是动平衡，与静电平衡完全不一样。我们的发明采取多种措施，使总的动态电场趋近静电平衡时的状态，从而实现真正的可用于移动车辆和旋转飞轮的静电悬浮。详细发明内容结合附图加以说明。 

附图说明

图1为“无限大”均匀带电平行板电场分布图； 

图2为有凹槽的陶瓷平板上金属电极及介质材料覆盖图 

图中1为陶瓷平板，2为金属电极，3为介质材料； 

图3为车辆下分裂电极示意图 

图中4为车辆，5为车底分裂电极，6为路基上的分裂电极； 

图4为静电悬浮车辆加电原理示意图 

图5为旋转飞轮的静电悬浮原理示意图 

图中12为飞轮，13为底座，在12底部平面安装上陶瓷基集成平板电极15，在正对15下方安装下陶瓷基集成平板电极16。制造时已考虑12与15、13与16之间的电气绝缘。在15、16分别加注足量同性电荷，便成为托底式静电悬浮。图中14为飞轮顶盖，在其底部平面安装电极17，电极17与顶盖14之间电气绝缘、也与底座13之间电气绝缘。同时在飞轮12顶部安装平板电极18(若飞轮12顶部是金属，经精加工磨平，可作电极用)，只要在17、18之间加上直流高压，便成为吸顶式静电悬浮。 

先引用物理教科书上关于“无限大”均匀带电平行板电场分布的结论：图1中“无限大”两板分别带等量面电荷密度σ₁、σ₂，各单板分别产生如图所示电场E₁＝σ₁/2ε₀、E₂＝σ₂/2ε₀，图1a为带等量异性电荷，此时两平行板间合成电场相加E₁+E₂＝σ/ε₀(该电场使两带电板靠近)，平行板外合成电场相减为零；图1b为带等量同性电荷，此时两平行板间合成电场相减为零，平行板外合成电场相加E₁+E₂＝σ/ε₀(该电场使两带电板远离)。如果其中一板面积为S，则两者的斥力或吸力可以用F＝qE＝Sσ₁σ₂/2ε₀＝Sσ²/2ε₀计算。